DE2537299C2

DE2537299C2 - Serienschwingkreis-Wechselrichter

Info

Publication number: DE2537299C2
Application number: DE2537299A
Authority: DE
Inventors: Edmond Cagnes-Sur-Mer Cord'homme
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1974-08-22
Filing date: 1975-08-21
Publication date: 1982-05-19
Also published as: BE832542R; FR2282742A2; FR2282742B2; GB1521702A; ES440376A2; US4028610A; DE2537299A1; SE405301B; IT1049282B; JPS5145733A; BR7505339A; SE7509314L

Description

a) direkt parallel zu jedem Hauptschaltkreis (1,3; 2, 3) ist ein Hilfsschaltkreis (11, 3; 12, 3) aus einem jeweils entgegengesetzt gepolten steuerbaren Gleichrichter (11; 12) und einer Induktivität (3) vorgesehen;

b) die Steuerschaltung (8) gibt sequentielle Steuersignale ab, durch die zusätzlich jeweils nach Ansteuerung eines steueroaren Gleichrichters eines Hauptschaltkreises der zugeordnete steuerbare Gleichrichter des Hilfsschaltkreises angesteuert wird;

c) eine mit ihrem Eingangskreis an die beiden Anschlüsse der Last (5) angeschlossene, einen Gleichrichter (45) enthaltende Rückspeiseschaltung (400) ist mit ihren Ausgangsanschlüssen mit den beiden Polen der Gleichspannungsquelle (7) verbunden.

2. Serienschwingkreis-Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückspeiseschaltung (400) einen primärseitig mit einem dazu parallelgeschalteten Kondensator (46) an die Last (5) angeschlossenen Transformator (43, 44) enthält, dessen Sekundärkreis (44) den Gleichrichter (45) speist.

10

15

20

40

45

Die Erfindung betrifft einen Serienschwingkreis-Wechselrichter mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Hauptschaltkreisen, die aus je einem steuerbaren Gleichrichter und einer in Reihe damit geschalteten Induktivität gebildet sind und zwischen denen eine Last angeschlossen ist, die durch die Hauptschaltkreise abwechselnd mit dem einen und mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden wird, mit einer Steuerschaltung zur sequentiellen Ansteuerung der steuerbaren Gleichrichter und mit einem der Serienschwingkreis vervollständigenden Kommutierungskondensator.

In der DE-OS 23 19 987 sind Wechselrichter dieser Art beschrieben, welche Wechselströme hoher Frequenz liefern. Der leitende oder gesperrte Zustand dieser in Reihe geschalteten Gleichrichterelemente wird periodisch durch einen Auslösesignalgenerator gesteuert, so daß jedes von ihnen seinerseits einen Umwandlungsschwingkreis erregt, der einen Belastungskreis mit Wechselstrom speist. Bei diesen b5 Wechselrichtern ist das Zeitintervall 7J zwischen zwei aufeinanderfolgenden Auslösungen ein und desselben Gleichrichterelements gleich einem ganzzahligen Vielfachen pTder Periode Tdes erzeugten Wechselsignals gewählt Die Zahl ρ ist größer als die Anzahl m von Gleichrichterelementenpaaren gewählt, so daß die Periode T, die dem Zeitintervall zwischen der Auslösung eines Gleichrichterelements und der Auslösung des nächsten Gleichrichterelements entspricht, immer größer als die Halbperiode 772 ist; auf diese Weise wird also die Sperrzeit 7i dieser Gleichrichterelemente in

T
dem Wechselrichter um ρ — - T₃ erhöht, wodurch die

Frequenz des in dem Wechselrichter erzeugten Ausgangssignals entsprechend vergrößert werden kann; dabei ist T₃ die Dauer des leitenden Zustandes der steuerbaren Gleichrichterelemente.

In gewissen Anwendungsfällen dieser Wechselrichter, beispielsweise in der Unterwasserakustik, kann die mit dem Ausgangswechselstrom gespeiste Lastimpedanz große Änderungen erfahren und im Grenzfall einen Wert Null, beispielsweise aufgrund eines zufälligen Kurzschlusses, oder einen unendlich großen Wert annehmen, beispielsweise infolge einer Unterbrechung. Solche Änderungen wirken auf den Betrieb der Wechselrichteranordnung zurück, da die ausgesandte Leistung zu dem Wert dieser Lastimpedanz umgekehrt proportional ist. Diese Änderungen können somit einen fehlerhaften Betrieb des Wechselrichters verursachen und die Zerstörung der steuerbaren Gieichrichterelemente bewirken. Zur Beseitigung dieser Nachteile und zur Verbesserung der Betriebssicherheit ist es bekannt, insbesondere aus dem Aufsatz von R. Thomson »An Audio-Frequency High-Power Generator Employing Silicon Controlled Rectifier«, erschienen in Proceedings IEE 1962, 109 B, S. 249-258, insbesondere S. 256, Wechselrichtern Hilfsschaltungen zur Leistungsbegrenzung zuzuordnen, welche den automatischen Schutz der verschiedenen Elemente dieser Wechselrichter sicherstellen, sobald der ohmsche Anteil ihrer Lastimpedanz Werte von Null oder Unendlich erreicht. Diese Hilfsschaltung ist mit der Stromversorgungsquelle des Wechselrichters in Reihe geschaltet.

Bei Wechselrichtern in Brückenschaltung, die nach jeder Kommutierung hohe Überspannungen erzeugt, ist es bereits aus der DE-OS 20 51409 bekannt, die Überspannungen durch Rückspeisung in die Gleichspannungsquelle über eine passive Gleichrichter-Brükkenschaltung abzuleiten. Zum weiteren Schutz gegen Überspannungen sind ferner Dioden vorgesehen, die jeweils einen Hauptschaltkreis über einen Abgriff des Wandlertransformators überbrücken, wobei die Dioden jeweils entgegengesetzt zu dem entsprechenden gesteuerten Gleichrichter gepolt sind. Das Problem der Betriebssicherheit bei stark schwankender Lastimpedanz stellt sich bei diesem bekannten Wechselrichter jedoch nicht, da die Schutzschaltungen nur die Überspannungen nach jeder Kommutierung ableiten sollen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Serienschwingkreis-Wechselrichters der eingangs genannten Art, der durch einfache Mittel gegen Gefährdung durch stark schwankende Lastimpedanzen geschützt ist. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Gesamtschaltbild des Wechselrichters;

F i g. 2 Zeitdiagramme, welche die Ströme und Spannungen an verschiedenen Punkten des Wechsel-

richters zeigen;

F i g. 3 ein Gesamtschaltbild, welches eine abgewandelte Ausführungsform des Wechselrichters zeigt; und

F i g. 4 Zeitdiagramme der Ströme und Spannungen, die dem Schaltbild von F i g. 3 entsprechen.

Zu der Reihenschaltungsanordnung aus einem steuerbaren Gleichrichterelement 1 und rjne Induktivität 3 ist eine Reihenschaltungsanordnung aus einem steuerbaren Gleichrichterelement 11 und einer weiteren Induktivität 3 parallelgeschaltet; und ζυ der P.eihenschaltur^sanordnung aus einem Gleichrichterelement 2 und einer Induktivität 3 ist eine zweite Reihenschaltungsanordnung aus einem steuerbaren Gleichrichterelement 12 und einer weiteren Induktivität 3 parallelgeschaltet, wobei die Durchlaßrichtung der Gleichrichterelemente 11 und 12 zu der der Gleichrichterelemente 1 und 2 entgegengesetzt ist Die Gleichrichterelemente 11 und 12 werden vorteilhafterweise gleich den Gleichrichtern 1 und 2 gewählt, und ihre Auslösung wird durch die Impulse gesteuert, die von dem Auslösesignalgenerator 8 geliefert werden. Eine solche Schaltung faßt zwei umgekehrt geschaltete Gleichrichterelemente zu einer Gruppe aus einem Hauptschaltkreis und einem Hilfsschaltkreis zusammen, wobei diese Gruppe in der Lage ist, in zwei Stromleitungsrichtungen zu arbeiten.

Ohne die Hilfsschaltkreise würde, wenn die Belastung 5, welche mit den Ausgangsklemmen des Wechselrichters verbunden ist, beispielsweise kurzgeschlossen wäre, bei jeder neuen Halbperiode die Spannung Vt an den Klemmen des Kondensators 6 in kumulativer Weise erhöht und die Gefahr herbeigeführt, daß dann die Zerstörung gewisser Bauelemente, insbesondere der Gleichrichterelemente verursacht wird.

Durch die Hilfsschaltkreise ist dieser kumulative Effekt beseitigt, denn wenn in einer ersten Phase der Kondensator 6 durch eines der Gleichrichterelemente der Hauptschaltkreise aufgeladen wird, beispielsweise durch den Gleichrichter 1, wird er in der nächsten Phase durch das Gleichrichterelement 11 des Hilfsschaltkreises entladen. Dasselbe gilt für die Gleichrichterelemente 2 und 12.

Wie die Diagramme der Spannung V₆ an den Klemmen des Kondensators 6, des Stroms / in der Belastung 5 und der Spannung V₂ an den Klemmen des Gleichrichterelements 2 zeigen, die in den F i g. 2 und 4 dargestellt sind, ist die Wirkungsweise des Wechselrichters von der eines herkömmlichen Wechselrichters mit zwei Paaren von steuerbaren Gleichrichterelementen völlig verschieden, denn in einem herkömmlichen Wechselrichter arbeitet jedes Paar unabhängig von dem anderen.

Dasselbe Ergebnis wird mit dem Wechselrichter nach dem Schaltbild von Fig.3 erzielt, das in Fig.4 dargestellt ist.

Außerdem ist eine Rückspeiseschaltung 400 zu der ohmschen Belastung 5 des Wechselrichters paralielgeschalteL Sie besteht aus einem Resonanzkreis (Fig. 1), der eine Induktivität 43 und eine an deren Klemmen

ίο angeschlossene Kapazität 46 enthält, auf die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters abgestimmt ist und im normalen Betrieb durch die ohmsche Belastung 5 gedämpft ist und somit eine geringe Resonanzüberhöhung aufweist.

Dieser Resonanzkreis 43, 46 ist induktiv und eng mit einer Induktivität 44 gekoppelt, die mit den gegenüberliegenden Enden einer Diagonale einer Diodengleichrichterbrücke 45 verbunden ist. Die beiden Enden der anderen Diagonale dieser Brücke sind einerseits mit Masse und andererseits mit dem positiven Pol der GleichsparinungsqueUe 7, die die Gleichspannung E liefert, über eine Strombegrenzungsinduktivität 47 verbunden.

Im normalen Betrieb ist der Resonanzkreis 43, 46 durch die ohmsche Belastung 5 gedämpft. Die Übertragung von Energie zu der Induktivität 44 reicht somit nicht dafür aus, daß die durch die Brücke 45 gleichgerichtete Spannung, die aus positiven Halbbögen besteht und zu der Quelle 7 über die Induktivität 47 zurückge-

so liefert wird, die Spannung fdieser Quelle überschreitet.

Wenn der Wert der Belastungsimpedanz unendlich

groß wird, beispielsweise durch eine Unterbrechung, steigt der Gütefaktor der Induktivität 43 stark an, und die durch die Brücke 45 gleichgerichtete Spannung wird weit größer als die Spannung der Quelle 7. Es erfolgt eine Energierückübertragung zu dieser Quelle.

Die gesteuerten Gleichrichter bzw. Thyristoren des Wechselrichters arbeiten ohne irgendeine Änderung gegenüber dem Normalfall weiter und bewirken durch

•40 ihre Kommutierungszyklen die Rückübertragung von Energie zu der Gleichstromversorgungsquelle bis zur Beseitigung des Belastungsfehlers.

In einer vereinfachten Ausführungsform der Rückspeiseschaltung besteht die Induktivität 44 aus einer

■15 gesonderten Wicklung, die auf dem Ausgangsübertrager 4 des Wechselrichters angebracht ist.

Es kann auch angemerkt werden, daß eine Leuchtanzeige vorgesehen sein kann, die eine Unterbrechung in dem Belastungskreis meldet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Serienschwingkreis-Wechselrichter mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Hauptschaltkreisen, die aus je einem steuerbaren Gleichrichter und einer in Reihe damit geschalteten Induktivität gebildet sind und zwischen denen eine Last angeschlossen ist, die durch die Hauptschaltkreise abwechselnd mit dem einen und mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden wird, mit einer Steuerschaltung zur sequentiellen Ansteuerung der steuerbaren Gleichrichter und mit einem den Serienschwingkreis vervollständigenden Kommutierungskondensator, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: